DE3931497A1

DE3931497A1 - Arrangement for detecting contaminants in fluid esp. lubricant - converts flow into rotary flow in sensor head for separation by specific wt. and subsequent measurement

Info

Publication number: DE3931497A1
Application number: DE19893931497
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing D Koehnlechner
Original assignee: SENSOPLAN MESSTECHNIK GmbH
Current assignee: SENSOPLAN MESSTECHNIK GmbH
Priority date: 1989-09-21
Filing date: 1989-09-21
Publication date: 1991-04-18

Abstract

The arrangement has a sensor head with electronic evaluation for detecting particles of different specific wt. from the fluid. The fluid passing through the sensor head is converted into a rotary flow. The particles are forced into zones within the head for measurement by virtue of their different specific wt. and the action of their forces and accelerations. USE - For detecting particles of metal or air or water bubbles in fluid, esp. lubricant, for reliable estimation of damage in lubricated system.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung laut Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a device according to the preamble of Claim 1.

Durch flüssige Schmierstoffe geschmierte Maschinenteile, wie Wälzlager, Zahnräder, Wellen, Pumpen, Hydraulikmotoren, Achsen und Zylinder usw., haben trotz der Schmierung während ihrer Bewegung mit anderen Maschinenteilen Berührung. Sie unterliegen deshalb während des Betriebes einem permanenten Verschleiß.Machine parts lubricated by liquid lubricants, such as Rolling bearings, gears, shafts, pumps, hydraulic motors, axles and cylinders etc., despite the lubrication during their Movement with other machine parts. You are subject therefore permanent wear during operation.

Diesen Verschleiß kann man durch konstruktive Maßnahmen, durch Optimierung und Pflege der Schmierstoffe (die den Verschleiß zwar sehr stark verringern, aber nicht vollständig ausschließen können), durch regelmäßige Prüfung der Gebrauchsfähigkeit der Schmierstoffe und durch andere Maßnahmen zwar reduzieren, aber nicht vollständig ausschließen.This wear can be avoided by constructive measures Optimization and maintenance of the lubricants (which wear out though reduce very much, but do not exclude it completely can), by regularly checking the usability of the Reduce lubricants and other measures, but do not exclude completely.

Durch diesen kontinuierlichen Verschleiß werden Partikel aus dem metallischen Verbund herausgelöst. Solche Partikel fallen bereits während des normalen Betriebs der geschmierten Einrichtung durch den durch die unvermeidliche mechanische Punkt-, Linien- oder Flächenberührung hervorgerufenen Verschleiß der kraftübertragen den Flächen an. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Einrichtung noch neu ist und die kraftübertragenden Flächen von Zahnrädern, Lagern, Dichtungen und dergleichen sich im Anfangs verschleißprozeß befinden, der als Einlaufzeit bezeichnet wird.Due to this continuous wear and tear particles are removed from the metallic composite detached. Such particles are already falling during normal operation of the lubricated device by the inevitable mechanical point, line or Wear on the power transmission caused by surface contact the areas. This is especially the case if the The facility is still new and the power transmission surfaces of Gears, bearings, seals and the like are in the beginning wear process, which is called the break-in period.

Untersuchungen haben ergeben, daß während des beim normalen Betrieb auftretenden Verschleißes Partikel vor allem in der Größenordnung zwischen 0,5 und 10 µm erzeugt werden. Sie werden durch den Schmierstoff abtransportiert und zum Teil durch geeignete Filter 5 aus dem Flüssigkeitsstrom abgeschieden. Studies have shown that during normal wear and tear, particles are mainly produced in the order of magnitude between 0.5 and 10 µm. They are carried away by the lubricant and partly separated from the liquid flow by suitable filters 5 .

Kann sich nun durch falsche konstruktive Auslegung, zu geringe Schmierstoffzufuhr, Luftblasen im Schmierstoff o. ä. kein ausreichend tragfähiger Schmierfilm zwischen den sich berührenden Maschinenteilen ausbilden oder tritt durch Werkstoffermüdung oder Werkstoffehler und sonstige Einflüsse eine starke Überbeanspru chung der Reibflächen auf, kann es langfristig zu einem dauernden Schaden der Maschinenteile kommen.Can now be too low due to incorrect design Lubricant supply, air bubbles in the lubricant or similar none sufficient load-bearing lubricating film between the touching Train machine parts or occur due to material fatigue or Material defects and other influences a strong overuse friction surfaces, it can become permanent in the long term Damage to the machine parts.

Ein beginnender Schaden an einem aus metallischen Werkstoffen hergestellten Maschinenteil, der langfristig zum Ausfallen dieses Maschinenteiles führen kann, äußert sich in einer erhöhten Produktion von größeren Partikeln. Diese Metallpartikel, die durch Freßvorgänge, Mikrozerspanung, Grübchenbildung (Pittings), Absplitterungen und durch Bruchschäden hervorgerufen werden, treten in unterschiedlichsten Formen wie z. B. als pulverförmige Metallpartikel, Splitter, Plättchen, Späne und ganze Bruchstücke auf. Aufgrund der verwendeten Werkstoffe können die Metallparti kel aus Stahl, Edelstahl, Sonderstählen, Aluminium, Magnesium, Kupfer, Bronze, Zink, Messing, Chrom-Nickel (Oberflächenbeschich tungsmaterialien) und anderen bestehen.A beginning damage to one made of metallic materials manufactured machine part that will fail in the long run Machine part can result in an increased Production of larger particles. These metal particles that through eating processes, micro-machining, pitting (pitting), Chipping and damage caused by breakage, occur in various forms such. B. as a powder Metal particles, splinters, flakes, chips and whole fragments on. Due to the materials used, the metal parts steel, stainless steel, special steels, aluminum, magnesium, Copper, bronze, zinc, brass, chrome-nickel (surface coating materials) and others.

Mikroskopische Untersuchungen der Partikel haben ergeben, daß sich bei beginnendem Ausfall eines Bauelementes das Teilchenspek trum von Partikelgrößen zwischen ca. 0,5 und 10 µm beim normalen Betrieb hin zu größeren Partikeln verschiebt. Wenn eine stati stisch relevante Zunahme der Partikel ab einer bestimmten Größe (z. B. 100 µm) erfolgt, kann davon ausgegangen werden, daß eine Überlastung der Maschine vorliegt. Es ist daher möglich, anhand der Zunahme großer Partikel einen beginnenden, erhöhten Ver schleiß vorherzusagen.Microscopic examination of the particles showed that When a component begins to fail, the particle spec range of particle sizes between approx. 0.5 and 10 µm in normal Operation shifts to larger particles. If a stati relevant increase in particles from a certain size (z. B. 100 microns), it can be assumed that a The machine is overloaded. It is therefore possible to use the increase in large particles an incipient, increased ver predict wear.

Will man übermäßigen Verschleiß und daraus eine u. U. resultie rende Bruch- oder Zerstörungsgefahr rechtzeitig erkennen, ist es erforderlich, mit einem geeigneten Meß- und Auswerteverfahren diese großen metallischen Partikel eindeutig zu erfassen. If you want excessive wear and a u. U. resultie Recognize the risk of breakage or destruction in good time, it is required with a suitable measurement and evaluation method to clearly capture these large metallic particles.

Damit wird der Anlagenbetreiber vor einem möglicherweise drohen den Schaden gewarnt, so daß die gefährdete Maschine vor der Zerstörung abgeschaltet und anschließend rechtzeitig Reparaturen durchgeführt werden können.The plant operator may threaten you with this warned of the damage, so that the endangered machine before the Destruction switched off and then repairs in good time can be carried out.

Wegen der relativ geringen Anzahl von Partikeln, die ein derarti ges Versagen ankündigen, muß gewährleistet sein, daß für eine präzise und abgesicherte Aussage über einen drohenden Totalaus fall sämtliche relevanten Metallpartikel erfaßt werden. Außerdem muß ein Fehlalarm mit Sicherheit ausgeschlossen werden.Because of the relatively small number of particles that such a announce failure, it must be guaranteed that for a precise and secure statement about an impending total failure case all relevant metal particles are detected. Furthermore a false alarm must be excluded with certainty.

State of the art

Zur Erfassung von metallischen Verschmutzungen werden bisher verschiedene diskontinuierliche Analysenverfahren, wie z. B. die Ferrographie, spektrometrische Ölanalysen u. ä., eingesetzt. Dazu wird eine Probe des Schmierstoffes gezogen und im Labor ausgewer tet. Bei der Magnetstopfenmethode werden über längere Zeit metallische Abriebteilchen gesammelt und anschließend im Labor ausgezählt.So far, for the detection of metallic contaminations various discontinuous analysis methods, such as. B. the Ferrography, spectrometric oil analysis u. Ä., used. To a sample of the lubricant is taken and evaluated in the laboratory tet. The magnetic plug method is used over a long period of time metallic abrasion particles collected and then in the laboratory counted.

Sensoren zur kontinuierlichen Erfassung von metallischen Parti keln in Flüssigkeiten oder Gasen sind bekannt und beispielsweise in DE-PS 26 49 587, DE-PS 29 33 822 oder DE-PS 30 45 945 be schrieben. All diesen sogenannten "Spanwächtern" ist gemeinsam, daß sie magnetisch arbeiten und daher ausschließlich ferromagne tische Partikel "erkennen" können.Sensors for the continuous detection of metallic parts Cells in liquids or gases are known and for example in DE-PS 26 49 587, DE-PS 29 33 822 or DE-PS 30 45 945 be wrote. All these so-called "chip guards" have in common that they work magnetically and therefore only ferromagne able to "recognize" particles.

Das Magnetfeld wird dabei entweder durch Dauermagnete oder Elektromagnete erzeugt. Durch Umlenkung oder Verzögerung der Strömung wird außerdem versucht, eine möglichst hohe Abscheidera te der Metallpartikel am Magneten zu erreichen.The magnetic field is either by permanent magnets or Electromagnets generated. By redirecting or delaying the Current is also tried to get the highest possible separator to reach the metal particles on the magnet.

Die Auswertung, ob ein Metallpartikelchen "gefangen" wurde, wird entweder durch Erzeugen eines Kurzschlusses zwischen zwei isoliert voneinander untergebrachten Polstiften oder durch magnetische Induktion erreicht. Es sind auch Systeme bekannt, die selektiv ausschließlich große Teile erkennen und diese schadens relevanten Partikel separat aufsummieren. Damit sind Aussagen über drohende Maschinenschäden bereits möglich.The evaluation of whether a metal particle has been "caught" is either by creating a short between two isolated from each other or by magnetic induction achieved. Systems are also known which selectively only recognize large parts and damage them add up the relevant particles separately. With that are statements about possible machine damage already possible.

Nachteil dieser Systeme ist, daß sie nicht in der Lage sind, sämtliche vorhandenen Partikel zu erkennen. Die Abscheiderate beträgt - je nach Einbauart und Strömungsgeschwindigkeiten - schätzungsweise zwischen 5% und 30%.The disadvantage of these systems is that they are unable to to recognize all existing particles. The deposition rate is - depending on the type of installation and flow velocities - estimated between 5% and 30%.

Schwerwiegendster Nachteil dieser Systeme ist jedoch, daß sie ausschließlich auf ferromagnetische Werkstoffe ansprechen. Edelstähle, Lagermetalle, Aluminium und andere häufig verwendete Metalle können mit diesen Systemen nicht erkannt werden. Da immer häufiger Leichtmetalle, Lagermetalle, Sonderstähle und andere nichtmagnetische Stoffe eingesetzt werden, scheidet für diese Anwendungsmöglichkeiten der Einsatz der eben beschriebenen Geräte vollständig aus.However, the most serious disadvantage of these systems is that they respond only to ferromagnetic materials. Stainless steels, bearing metals, aluminum and other commonly used ones Metals cannot be recognized with these systems. There always more often light metals, bearing metals, special steels and others Non-magnetic substances are used, this is not the case Possible uses of the devices just described completely out.

In (1) wird ein induktiv arbeitender Sensor beschrieben, mit dem es möglich ist, Metallpartikel, die durch eine Flüssigkeit gefördert werden, zu erfassen. Der Sensor besteht aus einem, um einen Spulenkern gewickeltenSpulensystem mit Auswerteelektronik. Dieses System ist konstruktionsbedingt nur für Anwendungen bei niedrigen Drücken geeignet.(1) describes an inductively operating sensor with which it is possible to get metal particles through a liquid are encouraged to capture. The sensor consists of a to a coil core wound coil system with evaluation electronics. Due to its design, this system is only for applications suitable for low pressures.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, mittels der die Verschleißpartikel konzentration zum Zwecke der sicheren Abschätzung eines Schadens im System bzw. in der Anlage sicher erfaßt werden können.The invention is based, a method and a task Provide device by means of which the wear particles concentration for the purpose of safely assessing damage can be safely recorded in the system or in the system.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs gelöst. This object is achieved in a generic device the preamble of the main claim according to the invention characteristic features of the main claim solved.

Durch den im Anspruch 1 definierten Sensorkopf ist es möglich, die über eine Mindestgröße liegenden metallischen Partikel in einem Rohrleitungssystem nahezu vollständig zu erfassen.The sensor head defined in claim 1 makes it possible to the metallic particles above a minimum size in a pipe system almost completely.

Verschiedene Anordnungen zur strömungstechischen Beeinflussung und damit zur Empfindlichkeitssteigerung sind in den Ansprüchen 2, 3 und 4 angegeben.Different arrangements for influencing the flow and thus to increase sensitivity are in the claims 2, 3 and 4.

Zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung zur Erfassung anderer in Schmierstoffen enthaltenen Verunreinigungen ergeben sich aus den Unteransprüchen im Zusammenhang mit den in der Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispielen, deren nachfolgende Beschreibung die Erfindung näher erläutert.Appropriate refinements and developments of the invention for Detection of other contaminants contained in lubricants result from the subclaims in connection with the in the preferred embodiments shown in the drawing, the following description of which explains the invention.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Überwachungsanlage für Abfallteilchen mit einem Meßfühler; Fig. 1 is a block diagram of a monitoring system for waste particles according to the invention with a sensor;

Fig. 2 einen Querschnitt eines Fühlerkopfes gemäß Anspruch 1; Figure 2 shows a cross section of a sensor head according to claim 1;

Fig. 3a zeigt die Entmischung von Schmierstoffen in spezifisch leichtere und schwerere Partikel im Längsschnitt; Fig. 3a shows the segregation of lubricants in specific lighter and heavier particles in longitudinal section;

Fig. 3b dasselbe im Querschnitt; FIG. 3b shows the same in cross section;

Fig. 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau der Metallsuch spule im Blockschaltbild; Fig. 4 shows the basic structure of the metal search coil in the block diagram;

Fig. 5 zeigt den Aufbau einer Metallsuchspule im Inneren des Sensorkopfes; Fig. 5 shows the structure of a metal search coil inside the sensor head;

Fig. 6a zeigt eine erfindungsgemäße Lösung zur Erhö hung der Empfindlichkeit; FIG. 6a shows a solution according to the invention for the sensitivity raised stabili hung;

Fig. 6b den Empfindlichkeitsverlauf im Inneren einer Spule; Fig. 6b shows the sensitivity curve in the interior of a coil;

Fig. 7a zeigt eine mögliche Ausführungsform eines Strömungskörpers zur Drallerzeugung im Längs schnitt; Fig. 7a shows a possible embodiment of a flow body for swirl generation in longitudinal section;

Fig. 7b dasselbe im Querschnitt; FIG. 7b shows the same in cross section;

Fig. 8 eine weitere Ausführungsform eines Drallerzeu gers; Fig. 8 shows another embodiment of a swirl generator;

Fig. 9; Fig. 9;

Fig. 10 ein Blockschaltbild der Sensorelektronik; FIG. 10 is a block diagram of the sensor electronics;

Fig. 11 eine schematische Darstellung eines Sensors zum Erfassen von Wasser in einem Fluid; Figure 11 is a schematic representation of a sensor for detecting water in a fluid.

Fig. 12 eine schematische Darstellung eines Sensors zum Erfassen von Luftblasen, im Längs- und Querschnitt. Fig. 12 is a schematic representation of a sensor for detecting air bubbles, in longitudinal and cross section.

Gemäß Fig. 1 ist ein Sensorkopf 1 in einem Rohrleitungssystem 4 befestigt. Der Sensorkopf 1 ist sowohl für Niederdruck- als auch für Hochdrucksysteme geeignet.Referring to FIG. 1, a sensor head 1 is mounted in a pipe system 4. The sensor head 1 is suitable for both low-pressure and high-pressure systems.

Beim Betrieb einer hydraulischen oder schmierungstechnischen Anlage 3 wird durch Pumpen 2 o. ä. ein kontinuierlicher oder diskontinuierlicher Schmierstoffstrom erzeugt, der im Rohrlei tungssystem 4 transportiert wird und zwangsläufig durch den Sensorkopf 1 strömt. Dieser Schmierstoffstrom transportiert bei verunreinigten Anlagen neben kleinen metallischen und nichtme tallischen Partikeln, die von Verunreinigungen, Verschmutzungen, aber auch vom üblichen Abrieb zwischen sich mechanisch berühren den Teilen herrühren, auch große Verschleißpartikel, Wasser tröpfchen und Luftblasen. Die vom Schmierstoffstrom mitgerisse nen Partikel werden üblicherweise in einem Filter 5 abgeschie den.When operating a hydraulic or lubrication system 3 , a continuous or discontinuous flow of lubricant is generated by pumps 2 or the like, which is transported in the pipeline system 4 and inevitably flows through the sensor head 1 . In the case of contaminated systems, this lubricant flow transports not only small metallic and non-metallic particles, which result from contamination, soiling, but also from the usual abrasion between the parts mechanically touching, as well as large wear particles, water droplets and air bubbles. The particles entrained by the lubricant flow are usually separated in a filter 5 .

Luftblasen werden meist durch Entlüftungsgeräte 9 im Rohrlei tungssystem oder beim Ausgasen im Vorratstank 6 abgeschieden. Häufig ist jedoch eine Luftblasenabscheidung nicht möglich. Sie sammeln sich z. B. an hochgelegenen Rohrleitungsstücken 10 (Luftsäcken) oder an anderen dafür prädestinierten Stellen. Wassertröpfchen bilden meist mit dem Öl eine Emulsion, die entweder im Filter 5 zurückgehalten wird oder sich im Tank absetzt, wobei das Wasser nach Entmischung auf den Boden des Tanks absinkt.Air bubbles are mostly separated by ventilation devices 9 in the pipeline system or when degassing in the storage tank 6 . However, air bubble separation is often not possible. You collect z. B. on high-lying pipe sections 10 (air bags) or in other predestined places. Water droplets usually form an emulsion with the oil, which is either retained in the filter 5 or settles in the tank, the water sinking to the bottom of the tank after separation.

Extreme Beanspruchungen beispielsweise der Pumpe 2 oder des geschmierten bzw. angetriebenen Systems 3 bewirken einen ver stärkten Verschleiß, der bis zur mechanischen Zerstörung der Bauteile infolge von Fressen, Bruch oder sonstiger Schadensursa chen führen kann.Extreme stresses such as the pump 2 or the lubricated or driven system 3 cause increased wear, which can lead to mechanical destruction of the components as a result of seizure, breakage or other causes of damage.

Ein derartiger Schaden zeichnet sich üblicherweise bereits einige Zeit vor der eigentlichen Zerstörung ab, indem von der versagenden Einheit 2 oder 3 größere metallische Partikel infolge Zerspanung oder Abbrechen aus dem metallischen Verbund erzeugt werden. Ein derartiges Verschleißpartikel wird - bis zu einer bestimmten maximalen Größe - durch den Schmierstoffstrom mitgerissen und letztendlich durch das Filter 5 abgeschieden.Such damage usually becomes apparent some time before the actual destruction, in that the failing unit generates 2 or 3 larger metallic particles as a result of machining or breaking off the metallic composite. Such a wear particle is carried up to a certain maximum size by the lubricant flow and ultimately separated by the filter 5 .

Setzt man voraus, daß der Sensorkopf 1 so in das Leitungssystem 4 eingebaut ist, daß er nach dem versagenden Bauelement 2 oder 3 und vor dem Rücklauffilter 5 oder dem Tank 6 sitzt, dann werden sämtliche Verschleißpartikel und sonstige Verunreinigun gen durch das Innere des Sensorkopfes transportiert. Theoretisch ist es also möglich, 100% der Partikel zu erfassen.Assuming that the sensor head 1 is installed in the line system 4 so that it sits after the failing component 2 or 3 and before the return filter 5 or the tank 6 , then all wear particles and other impurities are transported through the interior of the sensor head . In theory, it is possible to capture 100% of the particles.

Bei Anwendungen, bei denen sehr große Rohrleitungsdurchmesser vorliegen, kann es günstig sein, einen bestimmten Teil des Förderstroms über eine Bypass-Leitung 7 am Verschleiß-Sensor 1 vorbeizulenken. In diesem Fall erfaßt der Sensor nur einen Teil der insgesamt aufgetretenen Verunreinigungen.In applications in which there are very large pipe diameters, it can be expedient to direct a certain part of the delivery flow past the wear sensor 1 via a bypass line 7 . In this case, the sensor only detects part of the total contamination that has occurred.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Sensorkopf 1 an das Rohrlei tungssystem 4 mit Hilfe von Flanschanschlüssen, Schneidring- Rohrverschraubungen oder mit anderen handelsüblichen Rohrverbin dungselementen 17 angeschlossen, die in der Figur nur symbolisch dargestellt sind.As can be seen from FIG. 2, the sensor head 1 is connected to the pipeline system 4 by means of flange connections, cutting ring pipe fittings or other commercially available pipe connec tion elements 17 , which are only shown symbolically in the figure.

Der Sensorkopf 1 weist ein druckfestes, vorzugsweise zylindri sches Metallgehäuse 11 auf, das den Sensor umschließt und nach außen hin abdichtet. Der Schmierstoff strömt, von der Pumpe 2 gefördert, in den Sensorkopf.The sensor head 1 has a pressure-resistant, preferably cylindri cal metal housing 11 which encloses the sensor and seals it from the outside. The lubricant flows, pump 2 , into the sensor head.

Vor dem Eintritt in den Sensorkopf sind die festen, flüssigen und gasförmigen Verunreinigungen im Schmierstoff über den gesamten Rohrleitungsquerschnitt in nahezu gleichmäßiger Konzen tration verteilt.Before entering the sensor head, the solid, liquid are and gaseous impurities in the lubricant entire pipe cross-section in almost uniform concentrations tration distributed.

Am Einlauf des Sensorkopfes befindet sich eine Vorrichtung 12, die bei Durchströmung durch den Schmierstoff diesem eine Drall strömung aufzwingt. Dadurch werden auf ein Teilchen 13, das durch den Schmierstoff in den Sensorkopf 1 transportiert wird, verschiedene Kräfte wie z. B. Trägheitskräfte, Auftriebskräfte, Gewichtskräfte usw. ausgeübt. In Fig. 2 ist das Teilchen 13 durch einen idealisierten, gestrichelt dargestellten Stromfaden 14 transportiert dargestellt. Durch die Strömungskräfte wird das Teilchen auf eine strichpunktiert dargestellte, spiralförmige Bahn 15 gezwungen, die gegenüber dem Stromfaden den Winkel a bildet. At the inlet of the sensor head there is a device 12 which forces a swirl flow when the lubricant flows through it. As a result, various forces, such as, for example, are applied to a particle 13 which is transported by the lubricant into the sensor head 1 . B. inertial forces, buoyancy forces, weight forces, etc. exerted. In Fig. 2 the particle 13 through an idealized dashed line shown stream filament 14 shown conveyed. Due to the flow forces, the particle is forced onto a spiral path 15 , shown in dash-dotted lines, which forms the angle a with respect to the flow thread.

Für Teilchen, die spezifisch schwerer als der Schmierstoff sind, ist die Teilchenbahn nach außen zur Rohrinnenwand 16 hin gerich tet, so daß sich nach einer bestimmten Entfernung A, die u. a. von der Strömungsgeschwindigkeit, von der Art der die Drallströ mung erzeugenden Vorrichtung 12, von der Teilchenmasse m und vom Innendurchmesser D des Sensorkopfes abhängt, die Teilchen an der Rohrinnenwand 16 befinden.For particles that are specifically heavier than the lubricant, the particle path is outward towards the inner tube wall 16 , so that after a certain distance A, which depends, inter alia, on the flow velocity, on the type of device 12 producing the swirl flow, of the particle mass m and depends on the inner diameter D of the sensor head, the particles are located on the inner tube wall 16 .

Spezifisch leichtere Teilchen 19 werden durch die Kräfte der Drallströmung dagegen in die Mitte des Sensorkopfes gefördert.On the other hand, specifically lighter particles 19 are conveyed into the center of the sensor head by the forces of the swirl flow.

Die theoretischen Grundlagen zur Berechnung derartiger Drall strömungen in sogenannten "Axialzyklonen" sind aus der Literatur bekannt.The theoretical basis for calculating such swirl Flows in so-called "axial cyclones" are from the literature known.

Wie aus Fig. 3a ersichtlich, wird der mit Partikeln beladene Schmierstoffstrom durch den Drallerzeuger 12 so entmischt, daß die spezifisch schwereren Partikel wie z. B. Metallteilchen oder Wassertröpfen an den Rand 16 der durch den Sensorkopf führenden Bohrung geschleudert werden. Durch diese Entmischung ist die Partikelkonzentration am Rand 16 wesentlich höher als in der Mitte. Dies kann anhand von Fig. 3b, die einen Querschnitt durch den Sensorkopf 1 zeigt, noch detaillierter dargestellt werden. Diese schweren Partikel befinden sich nach der "Drallstrecke A" in dem schraffierten Bereich 20 der Strömung.As can be seen from Fig. 3a, the particle-laden lubricant stream is separated by the swirl generator 12 so that the specifically heavier particles such. B. metal particles or water droplets to the edge 16 of the bore through the sensor head. As a result of this separation, the particle concentration at the edge 16 is significantly higher than in the middle. This can be illustrated in more detail with reference to FIG. 3b, which shows a cross section through the sensor head 1 . These heavy particles are located after the "swirl section A" in the hatched area 20 of the flow.

Um eine möglichst hohe Empfindlichkeit eines Meßgerätes für solche Partikel zu gewährleisten, wird dieses am besten in dem Bereich 21 angeordnet, in dem die Partikelkonzentration am Rand am höchsten ist, bevor sich durch strömungsbedingte Kräfte die Partikel wieder mit dem Schmierstoffstrom vermischen.In order to ensure the highest possible sensitivity of a measuring device for such particles, it is best arranged in the area 21 in which the particle concentration is highest at the edge before the particles mix again with the lubricant flow due to flow-related forces.

Zur Erfassung von Metallteilchen wird eine vorzugsweise induktiv arbeitende Metallsuchspule mit nachgeschalteter Verstärkerelek tronik eingesetzt, die sinnvollerweise in dem in Fig. 3 gezeig ten schraffierten Bereich 21 eingebaut wird. To detect metal particles, a preferably inductive metal search coil with downstream amplifier electronics is used, which is usefully installed in the hatched area 21 shown in FIG. 3.

Die Entmischung des Fluidstromes durch den Drallerzeuger bewirkt aber auch, daß andere spezifisch schwerere Teilchen, wie Wasser tröpfchen, an den Rand der Suchspule gefördert werden und dadurch einer gezielten Bestimmung zugänglich sind. Wasser im Schmierstoff läßt sich z. B. durch eine Messung der Leitfähig keitsunterschiede durch einen Sensor vor und einen hinter dem Drallkörper im Bereich 21 erfassen.The segregation of the fluid flow through the swirl generator also has the effect that other specifically heavier particles, such as water droplets, are conveyed to the edge of the search coil and are therefore accessible to a specific determination. Water in the lubricant can e.g. B. by measuring the conductivity differences in speed by a sensor in front and one behind the swirl body in area 21 .

Die Entmischung durch den Drallerzeuger 12 bewirkt zusätzlich, daß die spezifisch leichteren Teile, also vor allen Dingen Luftblasen, in die Mitte der Durchlaßbohruhg gefördert werden und sich entsprechend Fig. 3a/3b vor allem in dem punktiert dargestellten Bereich 22 befinden. Da die Luftblasen nur spora disch auftreten, ist eine sichere Erfassung infolge der exakten Lokalisierungsmöglichkeit im Bereich 21 z. B. durch einen optischen Sensor gewährleistet.The separation by the swirl generator 12 has the additional effect that the specifically lighter parts, ie, above all, air bubbles are conveyed into the center of the Durchlaßbohruhg and 3a / are especially in the dotted range shown 22 shown in FIG. 3b. Since the air bubbles only occur sporically, reliable detection is possible due to the exact localization option in the area 21 . B. guaranteed by an optical sensor.

Fig. 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau der induktiv arbeitenden Suchspule zur Metallpartikelerfassung im Blockschaltbild. Fig. 4 shows the basic structure of the inductive search coil for metal particle detection in the block diagram.

Die Suchspule 34 besteht aus einem Spulenkern 23, um den eine Wicklung 24 aus Lackdraht oder Hochfrequenzlitze gelegt wird. Die so gebildete Spule bildet zusammen mit einem Kondensator 25 einen LC-Schwingkreis. Dieser LC-Schwingkreis wird über eine Koppelwindung 26 induktiv von einem Oszillator 27 erregt und schwingt in Eigenfrequenz. Der anregende Oszillator 27 wird in seiner Amplitude (Signal 28) über eine einem Gleichrichter nachgeschaltete Regeleinheit 29 stabilisiert.The search coil 34 consists of a coil core 23 , around which a winding 24 made of enamelled wire or high-frequency wire is placed. The coil thus formed, together with a capacitor 25, forms an LC resonant circuit. This LC resonant circuit is inductively excited by an oscillator 27 via a coupling winding 26 and oscillates at its natural frequency. The amplitude of the stimulating oscillator 27 (signal 28 ) is stabilized by a control unit 29 connected downstream of a rectifier.

Metallische Partikel 13, die durch die aktive Zone 31 des LC- Schwingkreises gefördert werden, entziehen dieser Spule Energie aufgrund der Wirbelstromverluste an der Oberfläche. Dieser Energieentzug der Spule führt zu einer Verringerung der Schwin gungsamplitude. Schaltungsbedingt wird über den Regelverstärker 29 über die Regelleitung 30 der Oszillator 27 nachgeregelt. Metallic particles 13 , which are conveyed through the active zone 31 of the LC resonant circuit, draw energy from this coil due to the eddy current losses on the surface. This energy withdrawal from the coil leads to a reduction in the vibration amplitude. Due to the circuit, the control amplifier 29 adjusts the oscillator 27 via the control line 30 .

Gleichzeitig wird die Regelgröße 30 auf einen Impulsverstärker 32 geführt. Eine Abweichung der Regelgröße in bestimmter Höhe wird vom Impulsverstärker 32 als Metallteil erkannt und z. B. an eine nachgeschaltete Logik 33 weitergegeben. Die Regelgröße 30, d. h. das vom Regelverstärker 29 bei Metalldetektion gelieferte Ausgangssignal, ist proportional zum Energieverlust in der Spule 34.At the same time, the controlled variable 30 is fed to a pulse amplifier 32 . A deviation of the controlled variable in a certain amount is recognized by the pulse amplifier 32 as a metal part and z. B. passed on to a downstream logic 33 . The controlled variable 30 , ie the output signal supplied by the control amplifier 29 for metal detection, is proportional to the energy loss in the coil 34 .

Metallische Partikel mit großer Oberfläche entziehen dem Spulen system 34 aufgrund der höheren Wirbelstromverluste mehr Energie, so daß die Regelgröße 30 einen höheren Betrag annimmt. Kleinere Teilchen entziehen dem Spulensystem 34 weniger Energie, so daß die Regelgröße 30 des amplitudengeregelten Oszillators 27 geringer ausfällt.Metallic particles with a large surface draw more energy from the coil system 34 due to the higher eddy current losses, so that the controlled variable 30 takes on a larger amount. Smaller particles draw less energy from the coil system 34 , so that the controlled variable 30 of the amplitude-controlled oscillator 27 is smaller.

Die Regelgröße 30 ist damit den durch ein Teilchen hervorgerufe nen Wirbelstromverlusten und damit der Teilchengröße direkt proportional. Der Wert der Regelgröße kann als analoges Signal in einer elektronischen Schaltung 39 ausgewertet und dem jewei ligen Durchmesser z. B. mit Hilfe eines Impulshöhenanalysators zugeordnet werden.The controlled variable 30 is thus directly proportional to the eddy current losses caused by a particle and thus the particle size. The value of the controlled variable can be evaluated as an analog signal in an electronic circuit 39 and the respective diameter z. B. with the help of a pulse height analyzer.

Es ist bekannt, daß Teilchen aus unterschiedlichen Materialien unterschiedliche Wirbelstromverluste bei gleicher Größe hervor rufen. Stahlteilchen weisen dabei die höchsten Wirbelstromverlu ste, Kupferteilchen die geringsten Wirbelstromverluste auf.It is known that particles are made of different materials different eddy current losses with the same size call. Steel particles have the highest eddy current losses copper particles have the lowest eddy current losses.

Fig. 5 zeigt den Aufbau einer derartigen Metallsuchspule im Inneren des Sensorkopfes. Fig. 5 shows the structure of such a metal detector inside the sensor head.

Im Inneren des druckfesten Gehäuses 40 befindet sich ein Spulen körper 23 aus elektrisch nicht leitfähigem Material, wie z. B. Kunststoff, Glas oder Keramik. Auf diesem Spulenkörper 23 befindet sich konzentrisch angeordnet die mit Hochfrequenz arbeitende, induktive Spule 24, die zusammen mit dem Kondensator 25 einen LC-Schwingkreis bildet. Die Ankoppelung der Spule 24 an die Regelelektronik 27 und 29 erfolgt mit Hilfe der Ankoppel spule 26.Inside the pressure-resistant housing 40 is a coil body 23 made of electrically non-conductive material, such as. B. plastic, glass or ceramic. The inductive coil 24 , which operates at high frequency and which, together with the capacitor 25, forms an LC resonant circuit, is arranged concentrically on this coil former 23 . The coupling of the coil 24 to the control electronics 27 and 29 takes place with the aid of the coupling coil 26 .

Das gesamte Spulensystem befindet sich im Inneren eines Ferrit ringes 41, der entweder ein geschlossener Ring oder aus einzel nen Segmenten zusammengesetzt ist. Dieser Ferritring 41 dient dazu, das im Inneren der induktiven Spule herrschende elektro magnetische Wechselfeld 31 zu konzentrieren und eine Streuwir kung nach außen zu verhindern.The entire coil system is located inside a ferrite ring 41 , which is either a closed ring or composed of individual segments. This ferrite ring 41 serves to concentrate the electromagnetic alternating field 31 prevailing in the interior of the inductive coil and to prevent a scattering effect to the outside.

Die elektrische Verbindung 42 zwischen der im unter Druck stehenden System liegenden Spule und der drucklosen Umgebung erfolgt z. B. über eine Glasdurchführung, bei der einzelne Anschlußdrähte 44 durch Glaseinschmelzungen 45 isoliert in einem metallischen Gehäuse 43 untergebracht sind. Derartige Glasdurch führungen sind bekannt.The electrical connection 42 between the coil in the pressurized system and the unpressurized environment is made e.g. B. via a glass bushing, in which individual leads 44 are insulated by melting glass 45 in a metallic housing 43 . Such glass guides are known.

Der den Schwingkreis bestimmende Kondensator 25 befindet sich im drucklosen Bereich außerhalb des Sensors und wird möglichst nahe an der Durchführung 43 befestigt.The capacitor 25 determining the resonant circuit is located in the unpressurized area outside the sensor and is attached as close as possible to the bushing 43 .

In der Praxis können beim Einsatz in unter Druck stehenden Leitungssystemen bei nicht optimiertem Aufbau des Sensorkopfes Störungen bzw. Störimpulse auftreten, die dem Betreiber das Vorhandensein von Partikeln suggerieren. Dies tritt insbesondere beim Einfluß von hohen Drücken P1 bzw. Druckspitzen im Inneren 46 des Sensorkopfes auf. Die Ursache für diese Störungen ist die bei "geschlossenem" Spuleneinbau normalerweise zwischen dem Inneren der Sensorspule 46 und ihrer Rückseite 47 auftretende Druckdifferenz P = P1-P2. Diese Druckdifferenz bewirkt bei einem elastischen Spulenkörper 23 z. B. aus Kunststoff aufgrund der druckabhängigen Kräfte auf den Spulenkörper eine radiale Dehnung und damit eine geringfügige Streckung oder Verlängerung der Hochfrequenzlitze der Spule 24, was eine Veränderung der Güte des LC-Schwingkreises zur Folge hat. Diese Güteveränderung wird von der Elektronik 27, 29 als "Teilchen" ausgewertet. Bei einem starren Spulenkörper 23, der z. B. aus Glas gefertigt ist, besteht bei niedrigen Wandstärken Bruchgefahr oder es muß aus Festigkeitsgründen bei hohen Drücken eine relativ dicke Wand stärke gewählt werden, was eine wesentliche Reduzierung der Empfindlichkeit zur Folge hat.In practice, when used in pressurized line systems with a non-optimized structure of the sensor head, malfunctions or interference pulses can occur that suggest the presence of particles to the operator. This occurs in particular under the influence of high pressures P 1 or pressure peaks inside 46 of the sensor head. The cause of these faults is the pressure difference P = P 1 -P 2 which normally occurs between the inside of the sensor coil 46 and its rear side 47 when the coil is installed "closed". This pressure difference causes an elastic bobbin 23 z. B. made of plastic due to the pressure-dependent forces on the coil form a radial expansion and thus a slight stretching or elongation of the high frequency braid of the coil 24 , which results in a change in the quality of the LC resonant circuit. This change in quality is evaluated by the electronics 27 , 29 as "particles". With a rigid bobbin 23 , the z. B. is made of glass, there is a risk of breakage at low wall thicknesses or a relatively thick wall thickness must be chosen for strength reasons at high pressures, which results in a significant reduction in sensitivity.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführung der Metallsuchspule handelt es sich um ein "druckausgeglichenes" System. Dabei wird der Raum zwischen dem Spulenkörper 23, der Spule 24, 26, dem Ferritring 41 und dem äußeren, abschließenden Gehäuse 40 durch eine elasti sche Masse 49, z. B. ein Silikongel, ausgefüllt. Der Spulenkör per 23 weist mehrere Öffnungen 48 auf, die vor und/oder hinter der Spule 24, 26 angebracht sind. Bei einer Belastung durch den im Inneren des Systems herrschenden Druck P1 pflanzt sich dieser wegen der Elastizität der Vergußmasse 49 durch die Verbindungs öffnungen 48 auf die Rückseite 47 des Spulensystems fort, so daß es sich um ein druckausgeglichenes System handelt, bei dem P1 = P2 ist und dadurch nahezu keine Differenzdrücke auftreten.The embodiment of the metal search coil according to the invention is a "pressure-balanced" system. The space between the bobbin 23 , the coil 24 , 26 , the ferrite ring 41 and the outer, final housing 40 by an elastic mass 49 , z. B. filled a silicone gel. The spool by 23 has a plurality of openings 48 which are provided in front of and / or behind the coil 24 , 26 . When loaded by the pressure P 1 prevailing in the interior of the system, this plants because of the elasticity of the casting compound 49 through the connection openings 48 on the rear side 47 of the coil system, so that it is a pressure-balanced system in which P 1 = P 2 is and therefore almost no differential pressures occur.

Durch den Druckausgleich vor und hinter dem Spulensystem werden druck- oder druckstoßbedingte Verformungen des Spulensystems 23, 24, 26 ausgeglichen. Auf diese Art und Weise werden sämtliche Fehlermöglichkeiten, die durch statischen oder Wechseldruck auftreten können, eliminiert.The pressure equalization in front of and behind the coil system compensates for deformations of the coil system 23 , 24 , 26 caused by pressure or pressure surges. In this way, all possible errors that can occur due to static or alternating pressure are eliminated.

Fig. 6 zeigt eine erfindungsgemäße Lösung zur Erhöhung der Empfindlichkeit der induktiven Suchspule bzw. zur Vereinfachung der Partikelgrößenunterscheidung. Fig. 6 shows a solution according to the invention to increase the sensitivity of the inductive search coil or to simplify the particle size discrimination.

Die Feldverteilung im Inneren der induktiven Ringspule 34 ist nicht über den gesamten Querschnitt konstant. Bei einer kreis förmigen Spule entsprechend Fig. 6a ergibt sich der in Fig. 6b dargestellte Empfindlichkeitsverlauf. Die Empfindlichkeit E im Mittelpunkt M des Spulensystems ist dabei am geringsten, die Empfindlichkeit am äußersten Rand R der Spule ist am höchsten. Ein und dasselbe Teilchen 49 ruft in der Mitte 50 der Spule 34 einen geringeren Wirbelstromverlust und damit eine geringere Regelgröße 30, am Rande 51 der Spule die höchste Regelgrößenän derung 30 hervor.The field distribution inside the inductive toroidal coil 34 is not constant over the entire cross section. In a circular coil corresponding to Fig. 6a, the sensitivity curve shown in Fig. 6b results. The sensitivity E at the center M of the coil system is the lowest, the sensitivity at the outermost edge R of the coil is the highest. One and the same particle 49 causes a lower eddy current loss in the middle 50 of the coil 34 and thus a smaller controlled variable 30 , and the highest controlled variable change 30 at the edge 51 of the coil.

Entsprechend der Erfindung wird dafür gesorgt, daß sich metalli sche Partikel immer in einem definierten Bereich 48 (schraffiert gezeichnet) der Spule befinden. Damit kann aufgrund der Regel größenänderung 30 auf die Größe des Teilchens 49 geschlossen werden.According to the invention, it is ensured that metallic particles are always in a defined area 48 (hatched) of the coil. This means that the size of the particle 49 can be concluded based on the rule size change 30 .

Es ist damit möglich, über eine analoge oder digitale Weiterver arbeitung des Regelgrößensignals 30 z. B. durch einen einfachen Impulshöhenanalysator 60, eine Partikelklassifizierung durchzu führen.It is thus possible, via an analog or digital processing of the controlled variable signal 30 z. For example, by a simple pulse height analyzer 60, a particle classification durchzu lead.

Erfindungsgemäß wird die Regelgrößenänderung 30 zur Erfassung der Teilchengröße verwendet.According to the invention, the controlled variable change 30 is used to record the particle size.

Für die Teilchenerkennung bedeutet dies, daß das sogenannte "Grenzteilchen", also das Metallteilchen 49, das gerade noch vom Spulensystem erkannt wird, am Rand (schraffierter Bereich 48 in Fig. 6a) wesentlich kleiner sein kann, als in der Mitte 50 der Spule.For particle recognition, this means that the so-called "boundary particle", that is, the metal particle 49 that is just being recognized by the coil system, can be significantly smaller at the edge (hatched area 48 in FIG. 6a) than in the center 50 of the coil.

Zur Erkennung möglichst kleiner Metallpartikel 49 in der Flüs sigkeit werden die Metallpartikel erfindungsgemäß durch strö mungstechnische Maßnahmen wie der oben beschriebenen Drallein richtung 12 Strömungskräften ausgesetzt, so daß sie ganz gezielt aus der normalen Strömungsrichtung zum äußeren Spulenrand 51 hin beschleunigt bzw. bewegt werden und dadurch immer möglichst nahe an der Spule (d. h. im schraffierten Bereich 48 entsprechend Fig. 6a) vorbeigefördert werden.To detect metal particles 49 in the liquid that are as small as possible, the metal particles are exposed to flow forces according to the invention by flow engineering measures such as the above-described swirl device 12 , so that they are accelerated or moved very deliberately from the normal flow direction to the outer coil edge 51 and thereby always are conveyed as close as possible to the coil (ie in the shaded area 48 corresponding to FIG. 6a).

Des weiteren ist für die Unterscheidung der Partikelgrößen wesentlich, daß alle Teilchen stets einen Bereich möglichst gleicher Empfindlichkeit 48 durchlaufen, wobei sinnvollerweise ebenfalls der Bereich mit der höchsten Empfindlichkeit genutzt wird.It is also essential for the differentiation of the particle sizes that all particles always pass through an area of the same sensitivity 48 , the area with the highest sensitivity also being used in a sensible manner.

Erfindungsgemäß erfolgt diese Drallerzeugung durch einen im Einlaufbereich des Sensorkopfes eingebauten Strömungskörper 12.According to the invention, this swirl is generated by a flow body 12 installed in the inlet area of the sensor head.

Fig. 7 zeigt eine mögliche Ausführungsform eines solchen Strö mungskörpers. Fig. 7 shows a possible embodiment of such a flow body.

Erfindungsgemäß wird zur Ablenkung der spezifisch schwereren Metallteile 52 zur Spulenwand 51 die in Fig. 3 bereits angedeu tete Einrichtung zur Erzeugung einer Drallströmung, ein soge nannter Drallkörper 53, verwendet. Der Drallkörper 53 wird bevorzugt durch mehrere, unter einem bestimmten Winkel schräg zur Strömungsrichtung bzw. schräg zur Rohrlängsachse angeordnete Schaufeln 54 ausgebildet, die in einem bestimmten Abstand S von der Spule 34 entfernt am Umfang des Spulenkörpers 51 bzw. des Einlaufrohres oder der Gehäusebohrung im Sensor befestigt sind.According to the invention, the device for generating a swirl flow, a so-called swirl body 53 , already indicated in FIG. 3, is used to deflect the specifically heavier metal parts 52 to the coil wall 51 . The swirl body 53 is preferably formed by a plurality of blades 54 , which are arranged at a certain angle at an angle to the flow direction or at an angle to the tube longitudinal axis and which are at a certain distance S from the coil 34 on the circumference of the coil body 51 or of the inlet tube or the housing bore in the sensor are attached.

Beim Durchströmen dieses Drallkörpers 53 wird die Flüssigkeit in eine in der Fig. 7 durch einen Stromfaden 55 skizzierte Drall strömung 35 versetzt, so daß die Partikel durch Stömungs- und Beschleunigungskräfte zum Rand 51 hin und damit in die Zone höchster Empfindlichkeit der Spule gefördert werden.When flowing through this swirl body 53 , the liquid is placed in a swirl flow 35 outlined in FIG. 7 by a flow thread 55 , so that the particles are conveyed by flow and acceleration forces to the edge 51 and thus into the zone of maximum sensitivity of the coil.

Der Drallkörper kann in verschiedenen Ausführungsformen ausge führt werden. Vorteilhaft sind dabei Lösungen, die einen mög lichst geringen Strömungswiderstand aufweisen und dazu z. B. ausschließlich Schaufeln 54, am äußeren Rand der Gehäusebohrung aufweisen, die jedoch so tief in das Rohr hineinragen, daß der Strömung über den gesamte Rohrquerschnitt ein Drall aufgeprägt wird.The swirl body can be performed in various embodiments. Solutions that have the lowest possible flow resistance and, for this purpose, are advantageous. B. only blades 54 , have at the outer edge of the housing bore, but protrude so deep into the tube that the flow is imparted a swirl over the entire tube cross section.

Der optimale Abstand des Drallkörpers von der Metallsuchspule wird zweckmäßigerweise nach der mittleren Durchflußgeschwindig keit des Schmierstoffes ausgelegt. The optimal distance of the swirl body from the metal search coil expediently becomes fast after the mean flow rate designed for the lubricant.

Eine weitere Ausbildung einer solchen Einrichtung zeigt Fig. 8.A further embodiment of such a device is shown in FIG. 8.

Erfindungsgemäß wird dabei die Strömung tangential zum Spulen körper 11 in den Sensor geleitet. Durch dieses tangentiale Einströmen ähnlich wie bei einem Zyklon wird die Flüssigkeit ebenfalls in eine Drallströmung versetzt. Die Partikel werden durch die bereits oben beschriebenen Kräfte zum Rand des Spulen körpers hin beschleunigt. Es erfolgt ebenfalls eine Entmischung der spezifisch schwereren Metall- und Wasserteilchen und der spezifisch leichteren Luftbläschen.According to the invention, the flow is directed tangentially to the coil body 11 in the sensor. Due to this tangential inflow similar to a cyclone, the liquid is also set into a swirl flow. The particles are accelerated towards the edge of the coil body by the forces already described above. The specifically heavier metal and water particles and the specifically lighter air bubbles also separate.

Fig. 9 zeigt eine weitere Lösung zur Steigerung der Empfindlich keit des induktiven Sensors gegenüber metallischen Partikeln. Fig. 9 shows another solution to increase the sensitivity of the inductive sensor to metallic particles.

Physikalisch bedingt ist die Empfindlichkeit eines induktiven Sensors abhängig vom freien Durchmesser der Suchspule. Man kann üblicherweise davon ausgehen, daß das kleinste zu erfassende Metallteilchen etwa 1% vom freien Durchmesser der Suchspule beträgt.The sensitivity of an inductive sensor is physical Sensors depending on the free diameter of the search coil. One can usually assume that the smallest to be detected Metal particles about 1% of the free diameter of the search coil is.

Um insbesondere bei großen Leitungsquerschnitten eine ausrei chend hohe Empfindlichkeit gegenüber kleinen Metallteilchen zu haben, wird erfindungsgemäß der große Durchmesser der Suchspule auf mehrere Suchspulen 11a, b, c mit möglichst kleinem Durchmesser aufgeteilt. Dies hat auch sehr geringe Druckverluste zur Folge. Um die Druckverluste beim Einlauf in das Spulensystem noch weiter zu verringern, wird ein strömungsgünstig aufgebautes Vorsatzstück 101 eingebaut.In order to have a sufficiently high sensitivity to small metal particles, especially in the case of large line cross sections, the large diameter of the search coil is divided into several search coils 11 a, b, c with the smallest possible diameter according to the invention. This also results in very low pressure drops. In order to further reduce the pressure losses when entering the coil system, an aerodynamically designed attachment 101 is installed.

Diese n Sensoren werden entsprechend Fig. 9 parallel angeordnet. In jedem Sensorrohr 102 kann sich ebenfalls ein Drallkörper 12 befinden. Die n Sensorspulen können aus n einzelnen Spulen mit n zugeordneten Oszillatoren und Regelverstärkern aufgebaut werden, wobei jede einzelne Sensorspule mit einer anderen Frequenz schwingen muß, um eine gegenseitige Beeinflussung der Spulen zu vermeiden. Die Frequenzbeeinflussung ist durch Varia tion der Zahl der Windungen der HF-Litze oder des Kondensators möglich.These n sensors are arranged in parallel in accordance with FIG. 9. A swirl body 12 can also be located in each sensor tube 102 . The n sensor coils can be constructed from n individual coils with n assigned oscillators and control amplifiers, each individual sensor coil having to oscillate at a different frequency in order to avoid mutual interference between the coils. The frequency can be influenced by varying the number of turns of the HF strand or the capacitor.

Eine andere Lösung ist der Aufbau aus einem Spulensystem mit einem einzigen Oszillator und Regelverstärker. Dazu werden alle Spulen mit einer einzigen HF-Litzenwicklung gewickelt. Es ist ebenfalls nur eine einzige Ankoppelwindung erforderlich, die um alle Einzelspulen gelegt ist. Dieser Aufbau hat eine wesentliche Vereinfachung zur Folge.Another solution is using a coil system a single oscillator and control amplifier. To do this, everyone Coils wound with a single HF strand winding. It is also only a single coupling turn required, the um all single coils is placed. This structure has an essential one Simplification.

Der zur Feldkonzentration erforderliche Ferritring wird dabei z. B. als ein einzelner Ring 103 um alle Sensorspulen gelegt, oder es wird jede einzelne Spule mit einem entsprechenden Ferritring versehen.The ferrite ring required for field concentration is z. B. as a single ring 103 around all sensor coils, or each individual coil is provided with a corresponding ferrite ring.

Die Druckfestigkeit dieses Sensorsystems wird ebenfalls über einen auf der Rückseite der Sensoren angebrachten elastischen Verguß erreicht.The pressure resistance of this sensor system is also about an elastic on the back of the sensors Potting achieved.

Fig. 10 zeigt das schematisierte Blockschaltbild einer mögli chen, vorzugsweise digitalen Signal-Weiterverarbeitung zur Auswertung der Impulshöhen und damit zur Bestimmung der Größe von metallischen Teilchen. Fig. 10 shows the schematic block diagram of a possible, preferably digital signal processing for evaluating the pulse heights and thus for determining the size of metallic particles.

Die Regelspannung 30 wird auf einen elektronischen Schaltbau stein 60 gegeben. Dieser Baustein ist vorzugsweise ein Analog- Digitalwandler, der das analoge Eingangssignal 30 in ein digi tales Ausgangssignal 61 wandelt. Mit Hilfe einer digitalen Auswerteschaltung 62, die vorzugsweise von einem Mikroprozessor 63 kontrolliert wird, ist es möglich, die in digitale Signale gewandelten Regelspannungen 30 aufgrund ihrer Impulshöhen einzelnen Speicherbereichen 64, 65 usw. zuzuordnen. Die Klassen grenzen der einzelnen Speicherbereiche können über eine Eingabe möglichkeit 66 individuell eingestellt werden.The control voltage 30 is given to an electronic switching block 60 . This module is preferably an analog-digital converter, which converts the analog input signal 30 into a digital output signal 61 . With the aid of a digital evaluation circuit 62 , which is preferably controlled by a microprocessor 63 , it is possible to assign the control voltages 30 converted into digital signals to individual memory areas 64 , 65 etc. based on their pulse heights. The class limits of the individual memory areas can be individually set via an input option 66 .

Zusätzlich ist es möglich, über eine Eingabe 66 den einzelnen Speicherbereichen 64, 65 bestimmte maximale Speicherinhalte vorzugeben. Nach Erreichen einer bestimmten Summe von Teilchen innerhalb der einzelnen Klassen bzw. Speicherbereiche ist es möglich, einen Alarm 67, 68 zu geben.In addition, it is possible to specify certain maximum memory contents for the individual memory areas 64 , 65 via an input 66 . After reaching a certain sum of particles within the individual classes or storage areas, it is possible to give an alarm 67 , 68 .

Darüber hinaus ist es möglich, z. B. über eine Digitalanzeige 60 die aktuellen Speicherinhalte 64, 65 oder die Gesamtsumme der Speicherinhalte 64+65 und damit die Anzahl der Partikel insgesamt auszugeben oder graphisch darzustellen.In addition, it is possible, for. B. on a digital display 60, the current memory contents 64 , 65 or the total of the memory contents 64 + 65 and thus the total number of particles to output or graphically.

Für bestimmte Anwendungen kann es sinnvoll sein, wenn zusätzlich ein zeitbestimmendes Element 70 verwendet wird. Dadurch wird eine Alarmgabe in Abhängigkeit des Partikelaufkommens von der Zeit möglich. Die Schaltung wird dann über das Programm, das in einem Baustein 71 abgelegt ist, so beeinflußt, daß ein Alarm 67, 68 erst dann gegeben wird, wenn innerhalb einer definierten, einstellbaren Zeit T eine bestimmte Teilchensumme in den einzel nen Klassen erreicht wird. Bleibt die Teilchensumme pro Zeit unterhalb einer kritischen, vorgegebenen Schwelle, wird kein Alarm gegeben. Zufällige, für den Ausfall eines Maschinenelemen tes nicht relevante einzelne Partikel führen somit nicht zu einem Alarm. Damit wird die Betriebssicherheit des Überwachungs systems und die Möglichkeit von Fehlalarmen reduziert.For certain applications, it can be useful if a time-determining element 70 is additionally used. This enables an alarm to be triggered depending on the particle volume over time. The circuit is then influenced by the program, which is stored in a block 71 , so that an alarm 67 , 68 is only given when a certain sum of particles in the individual classes is reached within a defined, adjustable time T. If the particle sum per time remains below a critical, predetermined threshold, no alarm is given. Random individual particles that are not relevant for the failure of a machine element therefore do not trigger an alarm. This reduces the operational safety of the monitoring system and the possibility of false alarms.

Fig. 11 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführung einer Vorrichtung zur Erkennung von im Schmierstoff enthaltenem Wasser. Fig. 11 shows an embodiment according to the invention of a device for detection of contained in the lubricant water.

Zur Wassererkennung wird ausgenutzt, daß sich die spezifischen Gewichte der meisten Schmierstoffe (meist ca. 0,9 kg/l) vom spezifischen Gewicht von Wasser (1 kg/l) unterscheiden. Beim Durchströmen des Schmierstoffes durch den Drallkörper im Sensor kopf erfolgt also auch eine teilweise Entmischung des Wassers aus dem Schmierstoff.For water detection it is used that the specific Weights of most lubricants (mostly approx. 0.9 kg / l) from differentiate specific weight from water (1 kg / l). At the Flow of the lubricant through the swirl body in the sensor So there is also partial segregation of the water from the lubricant.

Des weiteren wird ausgenutzt, daß sich die Leitfähigkeiten von Wasser und Schmierstoff (z. B. Mineralöl) voneinander unter scheiden. Eine Wassererkennung im Schmierstoff-Kreislauf läßt sich somit z. B. mit Hilfe einer Leitfähigkeitsmessung durchfüh ren. Dazu werden zwei Sensoren 80 und 81 zur Leitfähigkeitsmes sung in den Sensorkopf eingebracht und dort vom Schmierstoff umspült.It is also exploited that the conductivities of water and lubricant (e.g. mineral oil) differ from one another. A water detection in the lubricant circuit can thus z. B. with the help of a conductivity measurement. For this purpose, two sensors 80 and 81 for conductivity measurement are introduced into the sensor head and washed around by the lubricant.

Der erste Leitfähigkeits-Sensor 80 wird vor dem Drallkörper 12 am Rande des Einlaufs in den Sensorkopf eingebaut und vom Schmierstoff umspült. Die Leitfähigkeit wird über die Auswerte elektronik S1 82 des Sensors 80 bestimmt.The first conductivity sensor 80 is installed in front of the swirl body 12 at the edge of the inlet in the sensor head and the lubricant flows around it. The conductivity is determined via the evaluation electronics S 1 82 of the sensor 80 .

Stromabwärts befindet sich im Sensorkopf die drallerzeugende Vorrichtung 12, durch die der Schmierstoff und das Wasser durch die oben beschriebenen Vorgänge entmischt werden.Downstream in the sensor head is the swirl generating device 12 , through which the lubricant and the water are separated by the processes described above.

Am Ende dieser "Entmischungsstrecke" 55 befindet sich der zweite Leitfähigkeitssensor 81 am Rande der durch den Sensorkopf führenden Bohrung, der ebenfalls von der Flüssigkeit umspült wird. Die Leitfähigkeit wird über die Auswerteelektronik S2 83 des Sensors 81 bestimmt.At the end of this “segregation section” 55 , the second conductivity sensor 81 is located at the edge of the bore through the sensor head, which is also flushed with the liquid. The conductivity is determined via the evaluation electronics S 2 83 of the sensor 81 .

Wenn der Schmierstoff keine Wassertröpfchen enthält, findet keine Entmischung statt. Es messen beide Sensoren 80 und 81 die gleiche Leitfähigkeit und haben damit den gleichen elektrischen Ausgang, so daß am Ausgang z. B. eines Differentialverstärkers 84 kein Signal vorliegt.If the lubricant does not contain any water droplets, it will not separate. Both sensors 80 and 81 measure the same conductivity and thus have the same electrical output, so that at the output z. B. a differential amplifier 84 no signal is present.

Vollständig im Schmierstoff gelöste Additive, Fremdstoffe oder chemische Veränderungen des Schmierstoffes z. B. durch die Alterung des Schmierstoffes oder andere Einflüsse können zu einer chemischen Veränderung und damit u. U. zu einer Leitfähig keitsveränderung des Schmierstoffes gegenüber den ursprünglichen Werten führen. Eine derartige Veränderung der Leitfähigkeit würde beim Einsatz nur eines einzelnen Sensors 80 oder 81 ein Signal "Wasser vorhanden" und damit einen Fehlalarm bewirken. Additives, foreign substances or chemical changes of the lubricant completely dissolved in the lubricant e.g. B. by the aging of the lubricant or other influences can lead to a chemical change and thus u. U. lead to a change in conductivity of the lubricant compared to the original values. Such a change in the conductivity would cause a signal "water present" and thus a false alarm if only a single sensor 80 or 81 were used .

Die Erfindung nutzt aus, daß vollständig gelöste Stoffe zwar eine Veränderung der Leitfähigkeit bewirken, aber nicht zu einer Entmischung oder Konzentrationsänderung durch die drallerzeugen de Vorrichtung 12 führen. Unterschiede der zwischen den durch die beiden Sensoren 80 oder 81 gemessenen Leitfähigkeiten treten also nicht auf.The invention makes use of the fact that completely dissolved substances cause a change in the conductivity, but do not lead to segregation or a change in concentration by the swirl-generating device 12 . There are therefore no differences in the conductivities measured by the two sensors 80 or 81 .

Ist der Schmierstoff dagegen durch Wasser verunreinigt, tritt durch die hohe Beschleunigung durch den Drallkörper 42 im Sensorkopf eine teilweise Entmischung zwischen Schmierstoff und Wasser auf. Die Konzentration des Wassers ist dann nicht mehr über den Querschnitt der Rohrleitung nahezu konstant, sondern es tritt eine Erhöhung der Wasserkonzentration am Rand 31 auf. Dies ist durch die unterschiedlichen spezifischen Gewichte von Schmierstoff und Wasser bedingt. Infolge der Entmischung ist die Wasserkonzentration im entsprechend Fig. 3a schraffierten Gebiet 20 am Rand 16 der Bohrung des Sensorkopfes größer als in der Mitte, so daß ein Leitfähigkeitsunterschied zwischen Sensor 80 und Sensor 81 über den Differenzverstärker 81 gemessen werden kann.If, on the other hand, the lubricant is contaminated by water, a partial separation between the lubricant and water occurs due to the high acceleration by the swirl body 42 in the sensor head. The concentration of the water is then no longer almost constant over the cross section of the pipeline, but an increase in the water concentration at the edge 31 occurs. This is due to the different specific weights of lubricant and water. As a result of the segregation, the water concentration in the area 20 shaded according to FIG. 3a at the edge 16 of the bore of the sensor head is greater than in the middle, so that a difference in conductivity between sensor 80 and sensor 81 can be measured via the differential amplifier 81 .

Durch diesen Leitfähigkeitsunterschied ist ein eindeutiger Nachweis von Wasser im Schmierstoff möglich.This difference in conductivity makes it clear Detection of water in the lubricant possible.

Fig. 12 zeigt eine Weiterbildung der Erfindung zur Erfassung von Luftblasen durch eine Streulichtmessung. FIG. 12 shows a development of the invention for the detection of air bubbles by a scattered light measurement.

Das Vorhandensein von Luftblasen 81 ist ein wichtiger Indikator für einen Fehler in einer fluidtechnischen Anlage. So geben plötzlich auftretende Bläschen dem Betreiber einen Hinweis darauf, daß Leckagen aufgetreten sind oder daß sich bestimmte Betriebsparameter der Anlage in unerwünschte Richtung verändert haben und daraus folgend eine Funktionsbeeinträchtigung droht. Für den Betreiber einer hydraulischen oder schmierungstechni schen Anlage ist es besonders wichtig, das Vorhandensein von Luftbläschen im Flüssigkeitskreislauf zu erfassen. The presence of air bubbles 81 is an important indicator of a fault in a fluid power plant. So suddenly occurring bubbles give the operator an indication that leakages have occurred or that certain operating parameters of the system have changed in the undesired direction and consequently there is a risk of functional impairment. For the operator of a hydraulic or lubrication system, it is particularly important to detect the presence of air bubbles in the liquid circuit.

Zur Luftblasenerkennung wird z. B. ein optisches Sensorsystem 90 verwendet, das das bei Bestrahlung eines Luftbläschens auftre tende Streulicht 91 erfaßt. Derartige Streulichtmeßgeräte sind bekannt. Sie werden in der Technik zum Erfassen von Teilchen größen, Trübungsmessungen usw. eingesetzt.For air bubble detection z. B. uses an optical sensor system 90 which detects the scattered light 91 occurring upon irradiation of an air bubble. Scattered light measuring devices of this type are known. They are used in technology to detect particle sizes, turbidity measurements, etc.

Das Sensorsystem wird im Sensorkopf an der schraffierten Stelle 21 eingebaut und senkrecht oder in bestimmtem Winkel zur Längs achse der Bohrung durch das Gehäuse angeordnet.The sensor system is installed in the sensor head at the hatched point 21 and arranged perpendicular or at a certain angle to the longitudinal axis of the bore through the housing.

Claims

1. Apparatus for detecting in a fluid transported through a pipeline system metallic or in the form of air bubbles or water droplets present particles with different specific gravity of the fluid, the particles being recognized and detected electronically by a sensor head, characterized in that the liquid flowing through the sensor head is set into a swirl flow so that, due to the forces and accelerations acting on the particles and the different specific weights, the particles are specifically thrown into zones inside the measuring head which are suitable for detecting and measuring these impurities and which for the detection of the specifically heavier particles by suitable measuring processes, preferably at the outer edge, for the detection of the speci ﬁ cally lighter particles in the middle of the passage through the sensor head.

2. Device according to claim 1, characterized in that as Sensor for metallic particles a known per se inductively working coil is provided, which the Swirl flow in the area of maximum segregation surrounds and the most sensitive in this area having.

3. Device according to claim 2, characterized in that the inductive search coil constructed as a controlled oscillator where the control signal is one of the particle size proportional amount.

4. Device according to claim 3, characterized in that the analog control signal via an evaluation circuit in different, individually adjustable size classes is adjustable and the individual signals in the classes be added up separately.

5. Device according to claim 2, characterized in that the inductive coil installed in a pressure-resistant housing is that a deformable between the coil and the housing res material located, which is a transfer of Rohrlei tion pressure up to behind the coil.

6. The method according to claim 1 for detecting in the fluid water droplets present, characterized in that a sensor suitable for detection of water concentration the water concentration in front of the swirl body is not unmixed fluid measures and a second sensor the Water concentration after passing through the swirl body and after separation of the fluid measures so that due to the differences between the output signals of the two Sensors measure even small water concentrations is possible in the fluid.

7. The method according to claim 1 for detecting in the fluid located air bubbles, characterized in that as Air bubble sensor a known optical Sensor is used, this after separation of the Lubricant through the swirl body and from it Concentration of air bubbles in the middle of the fluid flow detected.

8. Device for air bubble detection in fluids according to An saying 1, characterized, that the sensor head is a known, on the Detector passing through the scattered light or reflected light principle gate system that points to the center of the fluid flow is focused.

9. Device for performing the method according to claim 1, characterized by the common Application of the features of claims 2 to 8.